laporan akhir praktikum

47
Laporan Akhir Praktikum Laboratorium Teknik Material 3 Modul C Konduktivitas dan Difusivitas Termal Refraktori Oleh: Nama : Irma Pratiwi NIM : 13712031 Kelompok : 3 Anggot (NIM) :Muhamad Wahyunda (13712005) Edgar Adirga F. (13712016) Rita Debora (13712041) Tanggal Praktikum : 10 Maret 2015 Tanggal Penyerahan Laporan : 15 Maret 2015 Nama Asisten (NM) : Riska R. (13712062)

Upload: sonny-noer-arywianto

Post on 07-Dec-2015

54 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

praktikum

TRANSCRIPT

Page 1: Laporan Akhir Praktikum

Laporan Akhir Praktikum

Laboratorium Teknik Material 3

Modul C Konduktivitas dan Difusivitas Termal Refraktori

Oleh:

Nama : Irma Pratiwi

NIM : 13712031

Kelompok : 3

Anggot (NIM) :Muhamad Wahyunda(13712005)

Edgar Adirga F. (13712016)

Rita Debora (13712041)

Tanggal Praktikum : 10 Maret 2015

Tanggal Penyerahan Laporan : 15 Maret 2015

Nama Asisten (NM) : Riska R. (13712062)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

2015

Page 2: Laporan Akhir Praktikum

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam dunia industri, material refraktori merupakan material yang sangat diperlukan, terutama di industri yang berhubungan dengan panas tinggi, misalnya industri baja,aplikasi space vehicle, jet engine,dll . Kemampuan material ini untuk mempertahankan bentuk dan kekuatannya pada temperatur tinggi dibawah tegangan dan regangan membuat material ini cocok digunakan untuk pelapis tungku untuk peleburan baja. Salah satu sifat yang penting dalam material refraktori adalah kapasitas kalor, konduktivitas, dan difusivitasnya. Konduktivitas material refraktori mempengaruhi kemampuannya untuk menahan panas di dalam tungku. Sedangkan Difusivitas material refraktori berkaitan dengan kemampuan atom berdifusi dalam material refraktori yang akan mempengaruhi sifat termal material refraktori tersebut. Kapasitas kalor berkaitan dengan kemampuan material refraktori untuk menyimpan panas yang diterima.

Dalam praktikum ini akan dilakukan uji sifat termal material refraktori, antara lain konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas kalor. Diharapkan dengan mengetahui sifat-sifat tersebut nantinya dapat memilih material refraktori yang tepat dan efisien untuk keperluan tertentu.

1.2. Tujuan Praktikum1.2.1. Menentukan nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, kapasitas panas

spesifik refraktori Alumino-Silicate.

Page 3: Laporan Akhir Praktikum

BAB IIDASAR TEORI

Refraktori didefinisikan sebagai material konstruksi yang mampu mempertahankan bentuk dan kekuatannya pada temperatur sangat tinggi dibawah beberapa kondisi seperti tegangan mekanik (mechanical stress) dan serangan kimia (chemical attack) dari gas-gas panas, cairan atau leburan dan semi leburan dari gelas, logam atau slag (modul,2015).Secara umum pembagian refraktori dalam Charles (2004) adalah:a. Shaped (bricks and cast shape)

Untuk refraktori jenis shaped, densitas adalah salah satu sifat yang sangat diperhatikan. Contoh refraktori jenis ini adalah firebrick dan alumino-silicate.

b. Unshaped (monolithic)Beberapa jenis refraktori monolithic adalah plastic, raming mixes, mortar, coating, castable, dan gunning mixes.

Namun pengelompokan refraktori juga dapat berdasarkan komposisi kimianya, seperti dalam modul (2015):

a. Asam (contohnya silika, firebrick, alumino-silicate)b. Netral (contoh chromite, silikon karbida, karbon, dan alumina)c. Basa (contohnya magnesite, forsterite magnesit-chromite, dan dolomite)d. Spesial (contohnya zirconia, spinel, dan boron nitride)

Dalam aplikasi di temperatur tinggi dan dibawah beban mekanik, refraktori harus memenuhi persyaratan seperti:

a. Tahan temperatut tinggi (titik leleh tinggi)b. Dapat menahan beban mekanik maupun termalc. Densitas tinggi dan porositas rendahd. Tidak mudah terkorosie. Tahan abrasi dan erosi dari zat padat, lelehan, atau gas

Sedangkan sifat-sifat material refraktori yang penting antara lain:

a. Sifat fisik -densitas dan porositas. Semakin tinggi densitas, porositasnya akan semakin sedikit. Sifat fisik lain yang juga berkaitan dengan densitas antara lain kekuatan, abrasi, dan permeabilitas. -kekuatan. Uji kekuatan refraktori yang digunakan antara lain dari cold compressive strength, cold modulus of rupture, dan hot modulus of rupture.

Page 4: Laporan Akhir Praktikum

-abrasion resistance. Ketahan material refraktori ketika partikel berkecepatan tinggi mengabrasi permukaan refraktori.

b. Sifat termal-thermal expansion. Stabilitas refraktori ketika diekspose pada temperatur tinggi yang berbeda-beda kemudian didinginkan pada T ruang yang dilihat dari perubahan dimensi.-thermal shock. Penentuan sifat refraktori ketika diekspose pada pemanasan dan pendinginan.-Thermal conductivity. Kemampuan material untuk mengahntarkan panas secara langsung melalui atom-atom disekitarnya. Faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal refraktori antara lain komposisi kimia, porositas, temperatur, tekanan, regangan, dan aliran panas.-Thermal diffusivity. Umumnya pada material yang mengandung karbon dimana yang diperhatikan adalah mudah tidaknya atom berdifusi dalam material.-Kapasitas panas, adalah kemampuan refraktori untuk menampung panas yang diterima.

c. Sifat kimiaSifat kimia yang diperhatikan adalah sifat ikatan pada refraktori dan kemampuan refraktori untuk menahan lelehan ketika terekspos pada temperatur tinggi, biasanya berkaitan dengan corrosion resistance.

Selama operasi, dalam refraktori terjadi mekanisme perpindahan panas.

Perpindahan adalah mekanisme transfer energi yang berupa kalor karena

adanya perbedaan temperatur antara dua benda.Mekanisme ini terjadi sampai

keduanya mengalami kesetimbangan termal.

mekanisme perpindahan panas yang dikenal antara lain:

Konduksi

Proses perpindahan kalor secara konduksi terjadi melalui suatu medium

dimana kalor berpindah langsung dari satu atom ke atom tetangganya

melalui mekanisme vibrasi. Ketika atom yang lebih tinggi energinya

bervibrasi dan menumbuk atom sekitarnya, maka atom tersebut juga

menyalurkan energi ke atom sekitarnya.

Page 5: Laporan Akhir Praktikum

T2 T1

Aliran Kalor

x

Ibnu, 2008

Q/t = H A T/x

Tabel 1. Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :

Bahan k (W/m.Ko) Bahan k (W/m.Ko)

Aluminium 238 Asbestos 0,08

Tembaga 397 Concrete 0,8

Emas 314 Gelas 0,8

Besi 79,5 Karet 0,2

Timbal 34,7 air 0,6

Perak 427 kayu 0,08

Bata Tanah Liat 0,54 - 0,6 udara 0,0234

Konveksi

Page 6: Laporan Akhir Praktikum

Konveksi adalah mekanisme perpindahan panas melalui media fluida

dimana atom berpindah tempat, antara atom berenergi tinggi dan berenergi

rendah.

Rumusan Konveksi : H = h x A x T

Besarnya konveksi tergantung pada (ibnu, 2008) :

a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).

c. Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

# viscositas fluida

# kecepatan fluida

# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

# kapasitas panas fluida

# rapat massa fluida

# bentuk permukaan kontak

Radiasi

Proses radiasi adalah perpindahan panas yang dapat terjadi tanpa

melaui medium perantara, mekanismenya melalui gelombang

elektromagnetik.Untuk benda hitam, radiasi termal dirumuskan :

E = e T4

dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.

e : emitansi (0 e 1)

Pada sistem refraktori, pengukuran panas dilakukan dengan termokopel.Termokopel adalah sensor panas yang dibuat dengan menyambung dua jenis logam berbeda. Jika ada perbedaan antara measuring junction dan reference junction, akan terjadi electro motive forcedan dapat dilihat dengan indikator temperatur (pembaca). Pada alat pencatat, yang terbaca adalah arus akibat electro motive force tersebut, namun angka ini menunjukkan selisih temperatur antara measuring juntion dan reference junction.

Page 7: Laporan Akhir Praktikum

Skema termokopel

Jenis-jenis termokopel antara lain (http://teknikelektronika.com):

Termokopel Tipe E

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-ChromiumBahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : -200˚C – 900˚C

Termokopel Tipe J

Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)Bahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : 0˚C – 750˚C

Termokopel Tipe K

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-ChromiumBahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-AluminiumRentang Suhu : -200˚C – 1250˚C

Termokopel Tipe N

Bahan Logam Konduktor Positif : NicrosilBahan Logam Konduktor Negatif : NisilRentang Suhu : 0˚C – 1250˚C

Termokopel Tipe T

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)Bahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : -200˚C – 350˚C

Page 8: Laporan Akhir Praktikum

Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-NickelRentang Suhu : 0˚C – 1450˚C

Page 9: Laporan Akhir Praktikum

BAB III

DATA PERCOBAAN

BAB III

DATA PERCOBAAN

3.1 Data Percobaan

Keterangan Nilai

Arus 4,5 Ampere

Hambatan kawat pemanas 4 Ohm

Tegangan VARIAC 18 volt

Temperatur permukaan

panas

awal 25,1°C

akhi

r 61,5°C

Panjang Silinder 23 cm

Lebar 6,5 cm

Tinggi 11,2 cm

Daya 81 watt

Data pengamatan Tabel 1 Data pengamatanTabel 2

Tim

e (s)

Temp

. (°C)

Temp

. (K) t(min) t(dT/dt) log t(dT/dt) 1/t (min-1)

0 25,1 298,1 0 0 #NUM! #DIV/0!

10 25,1 298,1 0,16667 0,1110 -0,95483 6,0000

20 25,1 298,1 0,333330,23074

7 -0,63686 3,0000

30 25,1 298,1 0,50000 0,3591 -0,44483 2

40 25,1 298,1 0,66667 0,49561 -0,30485 1,5000

Dimana tegangan didapatkan bukan dengan cara perhitungan, yaitu:

V = I R = 4,5 A x 4 ohm = 18 volt

Page 10: Laporan Akhir Praktikum

7

50 25,1 298,1 0,83333 0,6401 -0,19374 1,2000

60 25,2 298,2 1,00000 0,7923 -0,10111 1

70 25,2 298,2 1,16667 0,9519 -0,02142 0,8571

80 25,3 298,3 1,333331,11854

3 0,04865 0,7500

90 25,3 298,3 1,50000 1,2921 0,11128 0,666666667

100 25,4 298,4 1,666671,47215

4 0,16795 0,6000

110 25,5 298,5 1,83333 1,6586 0,21973 0,5455

120 25,6 298,6 2,00000 1,851 0,26741 0,5

130 25,8 298,8 2,16667 2,0492 0,31159 0,4615

140 26 299 2,333332,25300

6 0,35276 0,4286

150 26,2 299,2 2,50000 2,4621 0,39130 0,4

160 26,3 299,3 2,666672,67615

8 0,42751 0,3750

170 26,5 299,5 2,83333 2,8951 0,46166 0,3529

180 26,7 299,7 3,00000 3,1185 0,49395 0,333333333

190 26,9 299,9 3,16667 3,3463 0,52456 0,3158

200 27,1 300,1 3,333333,57813

6 0,55366 0,3000

210 27,4 300,4 3,50000 3,8139 0,58137 0,285714286

220 27,6 300,6 3,666674,05322

8 0,60780 0,2727

230 27,8 300,8 3,83333 4,2960 0,63307 0,2609

240 28 301 4,00000 4,542 0,65725 0,25

Page 11: Laporan Akhir Praktikum

250 28,2 301,2 4,16667 4,7910 0,68042 0,2400

260 28,5 301,5 4,333335,04273

2 0,70267 0,2308

270 28,7 301,7 4,50000 5,2971 0,72404 0,222222222

280 28,8 301,8 4,666675,55376

5 0,74459 0,2143

290 29,2 302,2 4,83333 5,8126 0,76437 0,2069

300 29,3 302,3 5,00000 6,0735 0,78344 0,2

330 30,1 303,1 5,50000 6,8661 0,83671 0,1818

360 30,7 303,7 6,00000 7,6698 0,88478 0,1667

390 31,5 304,5 6,50000 8,4801 0,92840 0,153846154

420 32,1 305,1 7,00000 9,2925 0,96813 0,1429

450 32,8 305,8 7,50000 10,1031 1,00445 0,1333

480 33,4 306,4 8,00000 10,908 1,03775 0,125

510 34,2 307,2 8,50000 11,7039 1,06833 0,1176

540 34,9 307,9 9,00000 12,4875 1,09648 0,1111

570 35,6 308,6 9,50000 13,2561 1,12241 0,105263158

600 36,1 309,1 10,00000 14,007 1,14635 0,1000

630 36,8 309,8 10,50000 14,7381 1,16844 0,0952

660 37,5 310,5 11,00000 15,4473 1,18885 0,090909091

690 38,2 311,2 11,50000 16,1331 1,20772 0,0870

720 38,8 311,8 12,00000 16,794 1,22515 0,0833

750 39,6 312,6 12,50000 17,4291 1,24127 0,08

780 40,3 313,3 13,00000 18,0375 1,25618 0,0769

Page 12: Laporan Akhir Praktikum

810 40,7 313,7 13,50000 18,6189 1,26995 0,0741

840 41,4 314,4 14,00000 19,173 1,28269 0,071428571

870 42,1 315,1 14,50000 19,7001 1,29447 0,0690

900 42,8 315,8 15,00000 20,2005 1,30536 0,0667

930 43,5 316,5 15,50000 20,6751 1,31545 0,064516129

960 44,2 317,2 16,00000 21,1248 1,32479 0,0625

990 44,7 317,7 16,50000 21,5511 1,33347 0,0606

1020 45,3 318,3 17,00000 21,9555 1,34154 0,058823529

1050 45,9 318,9 17,50000 22,3401 1,34908 0,0571

1080 46,7 319,7 18,00000 22,707 1,35616 0,0556

1110 47,7 320,7 18,50000 23,0589 1,36284 0,054054054

1140 47,9 320,9 19,00000 23,3985 1,36919 0,0526

1170 48,5 321,5 19,50000 23,7291 1,37528 0,0513

1200 49,1 322,1 20,00000 24,054 1,38119 0,05

1230 49,8 322,8 20,50000 24,3771 1,38698 0,0488

1260 50,4 323,4 21,00000 24,7023 1,39274 0,0476

1290 51 324 21,50000 25,0341 1,39853 0,046511628

1320 51,6 324,6 22,00000 25,377 1,40444 0,0455

1350 52,2 325,2 22,50000 25,7361 1,41054 0,0444

1380 52,8 325,8 23,00000 26,1165 1,41691 0,043478261

1410 53,3 326,3 23,50000 26,5239 1,42364 0,0426

1440 54 327 24,00000 26,964 1,43078 0,0417

1470 54,6 327,6 24,50000 27,4431 1,43843 0,040816327

1500 55,1 328,1 25,00000 27,9675 1,44665 0,0400

Page 13: Laporan Akhir Praktikum

1530 55,7 328,7 25,50000 28,5441 1,45552 0,0392

1560 56,2 329,2 26,00000 29,1798 1,46508 0,038461538

1590 56,9 329,9 26,50000 29,8821 1,47541 0,0377

1620 57,4 330,4 27,00000 30,6585 1,48655 0,0370

1650 57,9 330,9 27,50000 31,5171 1,49855 0,036363636

1680 58,4 331,4 28,00000 32,466 1,51143 0,0357

1710 58,9 331,9 28,50000 33,5139 1,52522 0,0351

1740 59,5 332,5 29,00000 34,6695 1,53995 0,034482759

1770 59,9 332,9 29,50000 35,9421 1,55560 0,0339

1800 60,5 333,5 30,00000 37,341 1,57219 0,0333

1830 61 334 30,50000 38,8761 1,58968 0,032786885

1860 61,5 334,5 31,00000 40,5573 1,60807 0,0323

3.2 Pengolahan Data

a) Plot grafik antara pembacaan temperatur termokopel (T) terhadap waktu t (menit)

Page 14: Laporan Akhir Praktikum

0 5 10 15 20 25 30 35270

280

290

300

310

320

330

340

f(x) = 0.0000484402 x⁴ − 0.00356093 x³ + 0.0821004 x² + 0.6386816 x + 297.4318R² = 0.999655698621033

Grafik T vs t

Grafik T vs tLinear (Grafik T vs t)Polynomial (Grafik T vs t)Polynomial (Grafik T vs t)Polynomial (Grafik T vs t)

t(menit)

T(K)

Dari grafik didapatkan persamaan polynomial dengan derajat empat, yaitu:

y = 5E-05x4 - 0,0036x3 + 0,0821x2 + 0,6387x + 297,43

b) Hitung dTdt

dengan cara menurunkan persamaan y terhadap x

y = 5E-05x4 - 0,0036x3 + 0,0821x2 + 0,6387x + 297,43

y’ = 20*(10-5)x3 – 0,0108 x2 + 0,1642x + 0,6387 = dTdt

dimana persamaan y’ merupakan dTdt

yaitu turunan temperatur terhadap waktu

pada selang waktu tertentu.

c) Kalikan dTdt

dengan t, dimana x pada dTdt

adalah waktu pada selang

tertentu (dalam satuan menit).

Contoh : t = 10 detik = 0.16667 menit

t*dTdt

=¿0.16667*[(20*(10-5)(0.16667)3)–

(0,0108 (0.16667)2) + (0,1642(0.16667)) + 0,6387)

Page 15: Laporan Akhir Praktikum

= 0,1110

d) Logaritmakan t(dTdt

¿ kemudian plot ke dalam grafik log t(dTdt

¿ vs 1/t

0 1 2 3 4 5 6 7

-1.50000

-1.00000

-0.50000

0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

2.00000

f(x) = − 0.55242763247012 x + 1.11133982236172R² = 0.524381427825053

Grafik t(dT/dt) vs 1/t

Grafik t(dT/dt) vs 1/tLinear (Grafik t(dT/dt) vs 1/t)Linear (Grafik t(dT/dt) vs 1/t)

1/t(min -̂1)

log

t(dT

/dt)

e) Dari gradien dan intercept kurva cari nilai k (dalam W/m.K) dan α (dalam m2/s)

Dari grafik tersebut didapatkan persamaan garis lurus yaitu:

y = -0,5524x + 1,1113

Lalu nilai konduktivitas dan difusitas dihitung dengan cara:

log( tdTdt )=log( q

4 πkl )−¿¿¿

Dimana: log( tdTdt )= y ;log( q

4 πkl )=¿ c ,¿ (log e )( r2

4 α )=m;1t=x

Maka:

log ( q4 πkl )=¿1,1113

log ( 814 πk ∙ 0,23 )=1,1113

log 81 – log 4πk(0,23) = 1,1113

Page 16: Laporan Akhir Praktikum

log 4πk(0,23) = 1,9085 – 1,1113

log 4πk(0,23) = 0,7972

4πk(0,23) = 6,269 Sehingga k = 6 ,269

4 π ∙ 0 ,23=2 , 169 Wm-1K-1

¿

2,718( 0,022

4 α 1860 )=10−0,5524=0.2803

α= 2.718∗0,022

7440∗0,2803=5,21359 x 10−7 m2 s−1

Sehingga α=5 , 21359 x10−7m2 s−1

f) Hitung nilai kapasitas panas spesifik Cp (dalam J/K.kg) dari material

refraktori Alumino-Silicate.

Diketahui densitas untuk beberapa refraktori adalah sebagai berikut:

ρ Alumino-Silicate = 2.2-2.3 x 103 kg m-3

ρ Fireclay = 2.16 x 103 kg m-3

ρ Magnesite = 2.90 x 103 kg m-3

Dimana α= kρ Cp

sehingga C p=k

αρ

Alumino-Silicate

C p=k

αρ= 2,169

(5,21359 x10−7 ) ( 2.3 x 103 )=1808 , 82J kg-1 K-1

Fireclay

C p=k

αρ= 2,169

(5,21359 x10−7 ) ( 2.16 x103 )=1926 ,056 J kg-1 K-1

Magnesite

Page 17: Laporan Akhir Praktikum

C p=k

α ρ= 2,169

(5,21359 x10−7 ) ( 2.90 x 103 )=1434 , 579 J kg-1 K-1

g) Hitung berat atom rata-rata dari masing-masing SiO2, Al2O3, dan MgO (yaitu massa 1 mol untuk masing-masing senyawa tersebut).

Berat atom untuk unsur Si=28, Al=27, Mg=24 dan O=16.

Mr SiO2 = 28 + 2(16) = 60 g/mol

Mr Al2O3 = 2(27) + 3 (16) = 102 g/mol

Mr MgO = 24 + 16 = 40 g/mol

h) Konversikan nilai kapasitas panas spesifik menjadi nilai kapasitas panas per mol atom.

Nilai kapasitas panas per mol untuk semua solid menurut Dulong dan Petit (klasik) adalah 3R = 24.94 J/K.mol

Alumina-Silicate : 60% Al2O3 + 40% SiO2

Fireclay : 30% Al2O3 + 70% SiO2

Magnesite : 100% MgO

Alumina-Silicate

Cp(mol) = Cp (60% Mr Al2O3 + 40% Mr SiO2)*(10-3)

= 1808,82*(0.6*102 + 0.4*60)*(10-3)

= 154,111 J/mol K

Fireclay

Cp(mol) = Cp (30% Mr Al2O3 + 70% Mr SiO2)*(10-3)

= 1926,056*(0.3*102 + 0.7*60)*(10-3)

= 139,832 J/mol K

Magnesite

Cp(mol) = Cp (Mr MgO)*(10-3)

= 1434,579*(40)*(10-3) =57,38316 J/mol K

Page 18: Laporan Akhir Praktikum

BAB IVANALISIS DATA

Pada praktikum ini digunakan alat VARIAC untuk menentikan nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas panas bata aluminosilicate. Temperatur diukur dari 2 cm dan 2 mm dari silinder pemanas. Namun pada praktikum ini yang diperhatikan hanya termokopel jarak 2 cm disebabkan termokopel pada jarak 2 mm kurang akurat pembacaan panasnya. Dari hasil pengukuran dan kemudian dihitung pada BAB III, didapat nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas panas sebagai berikut:

Page 19: Laporan Akhir Praktikum

koefisien Data percobaan

Konduktivitas termal (k) 2,169 Wm-1K-1

Difusivitas termal () 5,21359 x10−7m2/s

Kapasitas panas (Cp) Alumina-Silicate 1808,82 J/K.kg

Hasil ini berbeda dibandingkan literatur disebabkan beberapa faktor. Pertama adalah komposisi aluminosilicate yang digunakan. Pada percobaan ini tidak dilakukan karakterisasi komposisi sehingga tidak diketahui apakah komposisi bata aluminosilicate yang digunakan sama dengan komposisi literatur, padahal komposisi sangat mempengaruhi sifat termal refraktori. Kedua adalah asumsi Terhadap densitas yang digunakan. Karena tidak dilakukan pengujian densitas, tidak diketahui apakah densitas yang digunakan sama dengan densitas sebenarnya bata alumino silicate untuk percobaan.

Tegangan, arus , dan hambatan yang digunakan selama praktikum juga mempengaruhi hasil yang didapat. Pada praktikum kali ini diasumsikan hambatan adalah hasil dari setting arus dan tegangan. Padahal saat dilakukan pengukuran hambatan, hambatan yang diukur jauh lebih besar dibandingkan hasil perhitungan. Ini menunjukkan selama praktikum arus yang digunakan tidak 4.5 Ampere dan kemungkinan berubah-ubah ysng juga mempengaruhi hasil yang didapat. Kemudian pada pengolahan data, Hasil regresi terhadap logaritmik dT/dt juga menyimpang sangat jauh. Kurva ini lebih dekat ke persamaan logaritmik dibandingkan persamaan linier sehingga persamaan hasil regresi akan berbeda jauh dibandingkan keadaan sebenarnya yang pastinya akan berpengaruh terhadap hasil perhitungan. Grafik T terhadap t juga dicari dengan pendekatan polinomial pangkat 4, sedangkan yang sebenarnya bisa mencapai pangkat tak hingga untuk mendapat hasil yang semakin mendekati yang sebenarnya.

Pada percobaan digunakan dua terkopel pada jarak 2 cm dan 2 mm dari silinder pemanas. Dari pengamatan diketahui bahwa semakin lama waktu, perbedaan temperatur antara keduanya semakin besar. Termokopel pada jarak 2 mm lebih tinggi temperaturnya dibandingkan dengan termokopel pada jarak 2 cm. Hal ini disebabkan termokopel pada jarak yang lebih dekat dengan silinderpemanas akan lebih banyak menerima panas dibandingkan jarak yang jauh karena pada perpindahan panas, temperatur berbanding terbalik dengan jarak (dimensi).

Page 20: Laporan Akhir Praktikum

Pada percobaan ini kurva log (dT/dt) terhadap 1/t yang didapat lebih mendekati persamaan logaritmik dibandingkan linier. Artinya, semakin lama waktu pembacaan, penyimpangan dari plot garis lurus akan semakin besar. Ini disebabka. Hal ini disebabkan pada percobaan, rumusan persamaan untuk mencari grafik diasumsikan dalam kondisi tunak (steady state) dan tidak ada kehilangan panas selama perpindahan panas. Padahal yang terjadi sebenarnya tidak ada perpindahan panas yang steady state sehingga kurva yang dihasilkan tidak selamanya linier. Adanya faktor lain seperti porositas yang besar dan inklusi belum diperhitungkan dalam percobaan kali ini, sedangkan faktor-faktor tersebut juga sangat mempengaruhi hasil percobaan. Adanya udara dalam refraktori (void) dapat menurunkan nilai koefisien konduksi termal karena berpengaruh pada proses tranfer panas, dan faktor ini belum diperhatikan selama praktikum.

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas panas spesifik bata aluminosilicate hasil percobaan adalah:

Page 21: Laporan Akhir Praktikum

Koefisien Data percobaan

Konduktivitas termal (k) 2,169 Wm-1K-1

Difusivitas termal () 5,21359 x10−7m2/s

Kapasitas panas (Cp) Alumina-Silicate 1808,82 J/K.kg

Saran1. Dilakukan kalibrasi terhadapa alat VARIAC2. Dilakukan karakterisasi komposisi pada sampel3. Dilakukan pendekatan regresi yang mendekati persamaan kurva log

(dT/dt)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chesters, J. H., “Refractories: Production and Properties”, The Metals Society, London, 1983, page 262-315.

2. Charles A., Schacht, “Refractories Handbook”, Marcel Dekker, Inc., New York, 2004, page 1-9.

3. http://teknikelektronika.com/pengertian-termokopel-thermocouple-dan-prinsip-kerjanya/ . Diakses pada 14 Maret 2015 pukul 23.00

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle#Measuring_methods

Page 22: Laporan Akhir Praktikum

5. http://www.kimianet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1100398016

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Bandingkan dan diskusikan hasil percobaan yang anda peroleh dengan

data literatur.

Page 23: Laporan Akhir Praktikum

BAB IV ANALISIS DATA

2. Apakah pembacaan waktu yang lebih lama akan menyebabkan

penyimpangan dari plot garis lurus pada grafik log t(dT/dt) versus 1/t? Jika

ya, kenapa hal ini bisa terjadi?

Pada percobaan ini kurva log (dT/dt) terhadap 1/t yang didapat lebih

mendekati persamaan logaritmik dibandingkan linier. Artinya, semakin

lama waktu pembacaan, penyimpangan dari plot garis lurus akan semakin

besar. Ini disebabka. Hal ini disebabkan pada percobaan, rumusan

persamaan untuk mencari grafik diasumsikan dalam kondisi tunak (steady

state) dan tidak ada kehilangan panas selama perpindahan panas. Padahal

yang terjadi sebenarnya tidak ada perpindahan panas yang steady state

sehingga kurva yang dihasilkan tidak selamanya linier.

3. Sebutkan contoh-contoh penggunaan material refraktori dan jenis material

refraktori yang digunakan?

Refraktori oksida (Al2O3- chromite) untuk tungku peleburan Cu.

MgO-C, tapping hole

Corundum (Al2O3- SiO2), nozzle.

Rangkuman Praktikum

A. Prosedur PraktikumPraktikum dilakukan dengan menggunakan refraktori alumino-silicate yang akan ditentukan nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas panas spesifiknya.

Page 24: Laporan Akhir Praktikum

Modul, 2015.1. Rangkai alat seperti gambar diatas2. Selipkan termokopel pada 2 cm dari pemanas dan 2 mm dari pemanas.

Pada percobaan ini yang diperhatikan adalah termokopel pada jarak 2 cm karena termokopelnya cukup akurat.

3. Ukur hambatan kawat pemanas dengan ohm meter4. Ukur temperatur saat t=05. Atur VARIAC ke tegangan yang diperlukan dengan menghitung V=IR

(maksimal tegangan alat 20 V)6. Catat temperatur setiap 10 detik untuk 5 menit pertama dan 30 detik

untuk menit selanjutnya sampai menit ke 30, masukkan dalam tabel.7. Matikan (off) VARIAC setelah selesai digunakan.

B. Pengolahan Data1. Untuk setiap temperatur, dibuat tabel berikut:

2. Hitung dT/dt pada waktu t tertentu.3. Buat tabel :

t(sekon) T (oC) T(K)0102030405060dst

Page 25: Laporan Akhir Praktikum

t(min)t(dT/dt) (K)

log (t(dT/dt)) 1/t (1/min)

00,160,320,480,640,8

4. Plot grafik log (t(dT/dt)) versus 1/t dengan T dan 1/t dalam K dan min-1

5. Dari gradien dan intercept kurva tentukan nilai k (W/mK) dan α (dalam m2/s).

6. Hitung nilai kapasitas spesifik panas Cp (dalam J/K. Kg). Diketahui densitas berikut:Alumino silicate : 2,2 x 103 kg/m3

Fireclay : 2,16 x 103 kg/m3

Magnesite : 2,90 x 103 kg/m3

7. Hitung berat atom rata-rata dari masing–masing SiO2, Al2O3, dan MgO. Alumino silicate dan fireclay tersusun atas senyawa Al2O3 dan SiO2 sedangkan magnesit susunan utamanya terdiri dari MgO. Berat atom Si=28, Al=27, Mg=24, O=16.

8. Ubah nilai kapasitas panas spesifik yang anda peroleh menjadi nilai kapasitas panas per mol atom. Nilai kapasitas panas per mol untuk semua solid menurut dulog dan petit (klasik) adalah 3R = 24,94 J/K mol

Tugas Tambahan

1. Fonon

Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut.

Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadi getaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak pada kisi kristalnya.

Page 26: Laporan Akhir Praktikum

Hantaran panas dalam padatan melibatkan transfer energi antar atom-atom yang bervibrasi. Vibrasi atom akan mempengaruhi gerakan atom-atom lain di tetangganya dan hasilnya adalah gelombang yang bergerak dengan kecepatan cahaya yakni fonon. Fonon bergerak dalam bahan sampai terhambur baik oleh interaksi fonon-fonon maupun cacat kristal. Keramik amorf yang mengandung banyak cacat kristal menyebabkan fonon selalu terhambur sehingga keramik merupakan konduktor panas yang buruk. Mekanisme hantaran panas oleh elektron, yang dominan pada logam, tidak dominan di keramik karena elektron di keramik sebagian besar terlokalisasi.

2. Metode menentukan wetting angleDynamic Wilhelmy method Untuk menghitung kontak angle pada benda pada yang uniform. Kedua sisi solid harus sama sifsatnya. Wetting force pada solid dihitung dengan mencelupkan pada cairan yang diketahui wetting anglenya.Washburn's equation capillary rise method Digunakan pada material berupa powder atau yang berpori. Digunakan perubahan massa terhadap waktu.

3. Polimer konduktifPolipirol, polianilin, politiofen

4. Korosi pada material refraktoriKorosi pada material refraktori berkaitan dengan pengurangan massa. Pada saat pengoperasian tungku pelelehan logam misalnya, erosi dan abrasi dari lelehan logam dan slag dapat mengikis permukaan refraktori dan lama kelamaan terjadi pengurangan massa pada permukaan refraktori. Pemilihan material refraktori yang tidak sesuai komposisi kimia lelehan logam juga dapat menyebabkan refraktori bereaksi dengan logam lelehannya dan menyebabkan pengurangan massa.

5. Electrical furnace dan BOF

Page 27: Laporan Akhir Praktikum

BOF

logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan) Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan

kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.

ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen Proses hanya lebih-kurang 50 menit. Tidak perlu tuyer di bagian bawah Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon Biaya operasi murah

Electrical furnace

Baja yang berkualitas tinggi dihasilkan apabila dilakukan pengontrolan temperatur peleburan dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama proses pemurnian. Proses pengolahan seperti ini dilakukan dengan menggunakan dapur listrik. Pada awal pemurnian baja menggunakan dapur tungku terbuka atau konvertor, selanjutnya dilakukan di dalam dapur listrik sehingga diperoleh baja yang berkualitas tinggi. Dapur listrik terdiri dari dua jenis, yaitu dapur listrik busur nyala dan dapur induksi frekuensi tinggi.

6. TundishBerfungsi sebagai tempat setelah keluar dari tungku dan akan di casting

7. Tipe-Tipe termokopel

Page 28: Laporan Akhir Praktikum

Termokopel Tipe E

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-ChromiumBahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : -200˚C – 900˚C

Termokopel Tipe J

Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)Bahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : 0˚C – 750˚C

Termokopel Tipe K

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-ChromiumBahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-AluminiumRentang Suhu : -200˚C – 1250˚C

Termokopel Tipe N

Bahan Logam Konduktor Positif : NicrosilBahan Logam Konduktor Negatif : NisilRentang Suhu : 0˚C – 1250˚C

Termokopel Tipe T

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)Bahan Logam Konduktor Negatif : ConstantanRentang Suhu : -200˚C – 350˚C

Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-NickelRentang Suhu : 0˚C – 1450˚C

Page 29: Laporan Akhir Praktikum

Tes Awal1. Sebutkan dan Jelaskan mekanisme perpindahan panas pada material

mekanisme perpindahan panas yang dikenal antara lain:

Konduksi

Proses perpindahan kalor secara konduksi terjadi melalui suatu medium

dimana kalor berpindah langsung dari satu atom ke atom tetangganya

melalui mekanisme vibrasi. Ketika atom yang lebih tinggi energinya

bervibrasi dan menumbuk atom sekitarnya, maka atom tersebut juga

menyalurkan energi ke atom sekitarnya.

Page 30: Laporan Akhir Praktikum

T2 T1

Aliran Kalor

x

Ibnu, 2008

Q/t = H A T/x

Tabel 1. Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :

Bahan k (W/m.Ko) Bahan k (W/m.Ko)

Aluminium 238 Asbestos 0,08

Tembaga 397 Concrete 0,8

Emas 314 Gelas 0,8

Besi 79,5 Karet 0,2

Timbal 34,7 air 0,6

Perak 427 kayu 0,08

Bata Tanah Liat 0,54 - 0,6 udara 0,0234

Konveksi

Page 31: Laporan Akhir Praktikum

Konveksi adalah mekanisme perpindahan panas melalui media fluida

dimana atom berpindah tempat, antara atom berenergi tinggi dan berenergi

rendah.

Rumusan Konveksi : H = h x A x T

Besarnya konveksi tergantung pada (ibnu, 2008) :

a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).

c. Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

# viscositas fluida

# kecepatan fluida

# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

# kapasitas panas fluida

# rapat massa fluida

# bentuk permukaan kontak

Radiasi

Proses radiasi adalah perpindahan panas yang dapat terjadi tanpa

melaui medium perantara, mekanismenya melalui gelombang

elektromagnetik.Untuk benda hitam, radiasi termal dirumuskan :

E = e T4

dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.

e : emitansi (0 e 1)

2. Sebutkan dan jelaskan sifat-sifat termal pada material-thermal expansion. Stabilitas refraktori ketika diekspose pada temperatur tinggi yang berbeda-beda kemudian didinginkan pada T ruang yang dilihat dari perubahan dimensi.-thermal shock. Penentuan sifat refraktori ketika diekspose pada pemanasan dan pendinginan.-Thermal conductivity. Kemampuan material untuk mengahntarkan panas secara langsung melalui atom-atom disekitarnya. Faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal refraktori antara lain komposisi kimia, porositas, temperatur, tekanan, regangan, dan aliran panas.

Page 32: Laporan Akhir Praktikum

-Thermal diffusivity. Umumnya pada material yang mengandung karbon dimana yang diperhatikan adalah mudah tidaknya atom berdifusi dalam material.-Kapasitas panas, adalah kemampuan refraktori untuk menampung panas yang diterima.

3. Apa yang disebut material refraktori, jelaskan sifat dan jenis material refraktori.

Refraktori didefinisikan sebagai material konstruksi yang mampu mempertahankan bentuk dan kekuatannya pada temperatur sangat tinggi dibawah beberapa kondisi seperti tegangan mekanik (mechanical stress) dan serangan kimia (chemical attack) dari gas-gas panas, cairan atau leburan dan semi leburan dari gelas, logam atau slag (modul,2015).Secara umum pembagian refraktori dalam Charles (2004) adalah:c. Shaped (bricks and cast shape)

Untuk refraktori jenis shaped, densitas adalah salah satu sifat yang sangat diperhatikan. Contoh refraktori jenis ini adalah firebrick dan alumino-silicate.

d. Unshaped (monolithic)Beberapa jenis refraktori monolithic adalah plastic, raming mixes, mortar, coating, castable, dan gunning mixes.

Namun pengelompokan refraktori juga dapat berdasarkan komposisi kimianya, seperti dalam modul (2015):

e. Asam (contohnya silika, firebrick, alumino-silicate)f. Netral (contoh chromite, silikon karbida, karbon, dan alumina)g. Basa (contohnya magnesite, forsterite magnesit-chromite, dan dolomite)h. Spesial (contohnya zirconia, spinel, dan boron nitride)

Dalam aplikasi di temperatur tinggi dan dibawah beban mekanik, refraktori harus memenuhi persyaratan seperti:

f. Tahan temperatut tinggi (titik leleh tinggi)g. Dapat menahan beban mekanik maupun termalh. Densitas tinggi dan porositas rendahi. Tidak mudah terkorosij. Tahan abrasi dan erosi dari zat padat, lelehan, atau gas

Sedangkan sifat-sifat material refraktori yang penting antara lain:

d. Sifat fisik

Page 33: Laporan Akhir Praktikum

-densitas dan porositas. Semakin tinggi densitas, porositasnya akan semakin sedikit. Sifat fisik lain yang juga berkaitan dengan densitas antara lain kekuatan, abrasi, dan permeabilitas. -kekuatan. Uji kekuatan refraktori yang digunakan antara lain dari cold compressive strength, cold modulus of rupture, dan hot modulus of rupture.-abrasion resistance. Ketahan material refraktori ketika partikel berkecepatan tinggi mengabrasi permukaan refraktori.

e. Sifat termal-thermal expansion. Stabilitas refraktori ketika diekspose pada temperatur tinggi yang berbeda-beda kemudian didinginkan pada T ruang yang dilihat dari perubahan dimensi.-thermal shock. Penentuan sifat refraktori ketika diekspose pada pemanasan dan pendinginan.-Thermal conductivity. Kemampuan material untuk mengahntarkan panas secara langsung melalui atom-atom disekitarnya. Faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal refraktori antara lain komposisi kimia, porositas, temperatur, tekanan, regangan, dan aliran panas.-Thermal diffusivity. Umumnya pada material yang mengandung karbon dimana yang diperhatikan adalah mudah tidaknya atom berdifusi dalam material.-Kapasitas panas, adalah kemampuan refraktori untuk menampung panas yang diterima.

f. Sifat kimiaSifat kimia yang diperhatikan adalah sifat ikatan pada refraktori dan kemampuan refraktori untuk menahan lelehan ketika terekspos pada temperatur tinggi, biasanya berkaitan dengan corrosion resistance.

4. Jelaskan prosedur praktikum

Praktikum dilakukan dengan menggunakan refraktori alumino-silicate yang akan ditentukan nilai koefisien konduktivitas, difusivitas, dan kapasitas panas spesifiknya.

Page 34: Laporan Akhir Praktikum

Modul, 2015.1. Rangkai alat seperti gambar diatas2. Selipkan termokopel pada 2 cm dari pemanas dan 2 mm dari

pemanas. Pada percobaan ini yang diperhatikan adalah termokopel pada jarak 2 cm karena termokopelnya cukup akurat.

3. Ukur hambatan kawat pemanas dengan ohm meter4. Ukur temperatur saat t=05. Atur VARIAC ke tegangan yang diperlukan dengan menghitung

V=IR (maksimal tegangan alat 20 V)6. Catat temperatur setiap 10 detik untuk 5 menit pertama dan 30

detik untuk menit selanjutnya sampai menit ke 30, masukkan dalam tabel.

7. Matikan (off) VARIAC setelah selesai digunakan.

5. Hitung nilai kb

XA=0,3 m

A B C

Page 35: Laporan Akhir Praktikum

XB=0,15 m

XC=0,15 m

Ka=20 W/mK

Kc=50W/mK

h=20 W/m2K

Ts,o=20 oC

Ts,1=600oC

Tud=800oC

Page 36: Laporan Akhir Praktikum